第1章　汽車發動機維修基礎知識

1.1　汽車發動機認知

1.1.1　發動機的定義及分類

細節一：發動機的基本概念

通俗來說：發動機就是發出動力的機器，是汽車的心臟，是汽車動力的來源，是將一種能量（如熱能、電能、太陽能等）轉化為機械能的裝置，如圖1-1所示。

目前，大部分汽車使用的是內燃機。它將燃料燃燒產生的熱能轉化為機械能，通過飛輪向外輸出動力，并通過底盤的傳動系統與行駛系統驅動汽車行駛。

內燃機是熱力發動機的一種，其特點為將液體或氣體燃料在發動機氣缸外部或內部混合均勻后，最終在氣缸內部燃燒從而產生熱能，然后再轉變成機械能。

內燃機的優點是重量輕、體積小、熱效率高、便于移動以及啟動性能好等，故廣泛應用于飛機、艦船以及汽車、拖拉機、坦克等各種車輛上。但是，內燃機通常要求使用石油燃料，并且排出的廢氣中所含有害氣體成分較高。

內燃機根據其將熱能轉化為機械能的主要部件的結構形式不同，可分為活塞式內燃機與燃氣輪機兩大類。

活塞式內燃機又可根據活塞運動方式分為往復活塞式（圖1-2）與旋轉活塞式（圖1-3）兩種。目前，汽車上廣泛應用的是往復活塞式內燃機。

細節二：發動機的分類

應用于汽車的發動機通常按燃料種類、行程、氣缸排列方式以及冷卻方式等的不同進行分類。

（1）按使用燃料分類　根據使用燃料的不同，汽車發動機可以分為汽油發動機、柴油發動機、CNG（壓縮天然氣）發動機、LPG（液化石油氣）發動機及雙燃料發動機。

①使用汽油作為燃料的內燃機稱為汽油機。汽油機的特點是轉速高，噪聲小，啟動容易，制造成本低。汽油發動機的結構如圖1-4所示。

②使用柴油作為燃料的內燃機稱為柴油機。柴油機的特點是壓縮比大，熱效率高，經濟性能與排放性能都比汽油機好。柴油發動機的結構如圖1-5所示。

③使用壓縮天然氣（CNG）作為燃料的內燃機稱為CNG發動機。天然氣主要成分是甲烷，燃燒后生成二氧化碳和水，是一種綠色能源。CNG發動機的結構如圖1-6所示。

④使用液化石油氣（LPG）作為燃料的內燃機稱為LPG發動機，液化石油氣的特點是熱值高，燃燒充分，排氣中一氧化碳、碳氫化合物和硫化物含量低等。LPG發動機的結構如圖1-7所示。

⑤可同時使用兩種燃料的內燃機稱為雙燃料發動機，如氫/汽油發動機、LPG/汽油發動機、CNG/汽油發動機等。雙燃料發動機的結構如圖1-8所示。

（2）按行程分類　根據發動機工作行程的不同，汽車發動機又可分為四沖程發動機與二沖程發動機。

①曲軸轉兩圈（720°），活塞在氣缸內上下往復運動四個行程，完成一個工作循環的內燃機稱為四沖程發動機。四沖程發動機在汽車中廣泛使用，做功間隔時間長，但進排氣過程分界顯著，利于制成多缸，且運轉平穩。四沖程發動機結構如圖1-9所示。

②曲軸轉一圈（360°），活塞在氣缸內上下往復運動兩個行程，完成一個工作循環的內燃機稱為二沖程發動機。做功間隔時間短，無明顯進排氣過程分界，不利于制成多缸，且運轉不夠平穩。在摩托車上使用較多。二沖程發動機結構如圖1-10所示。

（3）按冷卻方式分類　根據發動機冷卻方式的不同，汽車發動機還可分為水冷式發動機與風冷式發動機。

①水冷式發動機是利用在氣缸體與氣缸蓋冷卻水套中進行循環的冷卻液作為冷卻介質進行冷卻的。水冷式發動機的特點是冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應用于現代汽車上。水冷式發動機結構如圖1-11所示。

②風冷式發動機是利用流動于氣缸體和氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質進行冷卻的。外界溫度對風冷式發動機冷卻效果影響較大，冷卻不夠均勻，且噪聲大，大多應用于賽車或摩托車的發動機上。風冷式發動機結構如圖1-12所示。

（4）按氣缸數目分類　根據發動機氣缸數目的不同，發動機又可分為單缸、雙缸和多缸發動機。

（5）按氣缸排列方式分類　根據氣缸的布置（或排列）方式，汽車發動機有直列、斜置、V形、對置及W形五種常見形式。

①直列式發動機的優點是缸體和曲軸結構十分簡單，結構比較緊湊，而且可以共用一個氣缸蓋，制造成本較低。直列發動機穩定性高，低速轉矩特性好，而且燃料消耗也較少。但機體較高，縱向穩定性稍差。直列式發動機結構如圖1-13所示。

②斜置式發動機的優點是機體較矮，縱向穩定性較好，檢修方便。但設計制造比較繁瑣，橫向穩定性稍差，且容易出現偏磨現象。

③V形發動機的優點是機體高度小，曲軸長度短，剛性好，不易變形。氣缸對向分布，還可抵消一部分振動，使發動機運轉更平穩，且噪聲低。但結構復雜，設計制造困難，維修成本高。V形發動機結構如圖1-14所示。

④發動機活塞均勻分布在曲軸兩側在水平方向上左右運動。發動機的整體高度下降，長度縮短，整車的重心降低，使得車輛行駛平穩。發動機安裝在整車的中心線上，兩側活塞產生的慣性力矩相互抵消，有效地降低車輛在行駛中的振動，使發動機轉速得到很大提升，噪聲較小。

⑤W形發動機的優點是可使發動機做得更短一些，曲軸也更短些，這樣即可以節省發動機所占的空間，同時質量也可小些。但它的寬度更大，使得發動機室更滿，且結構更復雜，設計制造更困難，維修成本較高。一般用于高檔轎車、SUV、MPV和一些跑車上。W形發動機結構如圖1-15所示。

（6）按照進氣系統是否采用增壓方式分類　根據進氣系統有無增壓裝置，發動機可分為自然吸氣（非增壓）式發動機與強制進氣增壓式發動機分別如圖1-16和圖1-17所示。

（7）按照供油方式分類根據供油方式不同，汽油發動機還可分為化油器式和電噴式（又可分為缸外噴射和缸內直噴兩種）等幾種結構形式。

①化油器特點：具有憑借進氣負壓吸取燃油的結構，以及利用各種節流和泄壓原理調節出油濃度的供油結構。機械結構比較簡單，肉眼可見，方便戶外維修。但工作靈敏度差，反應不及時，混合氣濃度和數量不均勻。發動機加速性、經濟性和環保性均較差。目前已經停止生產，只見于一些老式汽油發動機上。化油器式發動機結構如圖1-18所示。

②電噴供油特點：應用多個傳感器測量進氣流量與溫度、發動機轉速與負荷，使用電腦來計算控制燃油輸出量和點火角，利用電磁柱塞泵噴射燃油，實現發動機運轉電腦化控制。能夠做到很精細的控制效果，節油環保效果比較明顯。缸外噴射式電噴發動機結構如圖1-19所示。

③直噴發動機特點：燃油噴油器安裝在氣缸內，直接將燃油噴入氣缸內與空氣混合。噴射壓力也進一步提升，使燃油霧化更加細致，真正實現了精準地按比例控制噴油并且與空氣混合，同時消除了缸外噴射時造成燃油損失及產生進氣阻力的缺點。缸內直噴式電噴發動機結構如圖1-20所示。